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JDK 21 新特性有哪些？Oracle 官方 Java SE API 中文权威指南

AI资讯V管理员 /阅读
07 17

? 虚拟线程：高并发场景的颠覆性革新


虚拟线程绝对是 JDK 21 里最亮眼的新特性之一。它就像给 Java 开发者们发了一个 “线程自由” 的通行证，让大家能轻松应对高并发场景。以前传统的 Java 线程，每个都得绑定到操作系统线程上，创建和销毁的成本特别高，稍微多开几个线程，内存占用就像坐了火箭一样往上蹿。但虚拟线程完全不一样，它是 JVM 直接管理的轻量级线程，每个虚拟线程占用的内存少得可怜，就算同时创建几万个，系统也不会被压垮。

举个简单的例子，以前处理 10000 个并发任务，可能得小心翼翼地调整线程池大小，生怕线程太多把服务器搞崩。现在用虚拟线程，直接调用Thread.startVirtualThread()或者Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()，JVM 会自动帮你管理线程，完全不用操心资源耗尽的问题。而且虚拟线程在遇到 I/O 阻塞这类耗时操作时，JVM 会自动把它从载体线程上卸载，让载体线程去处理其他任务，就像快递员送包裹时遇到红灯，直接让其他快递员接手，效率大幅提升。

想象一下，你在开发一个电商平台的秒杀系统，每秒有成千上万的请求涌进来。用虚拟线程的话，每个请求都能被迅速封装成一个轻量级的虚拟线程，JVM 智能调度确保所有请求都能高效处理，不仅提升了用户体验，还大大降低了运维成本。这就是虚拟线程的魅力，它让高并发编程变得简单又高效。

? 模式匹配：代码简洁性的飞跃


JDK 21 对模式匹配的增强，简直是代码洁癖患者的福音。特别是在 switch 语句和记录模式中的应用，让代码的可读性和简洁性有了质的提升。以前用 switch 语句，可能得写一堆繁琐的条件判断和类型转换，现在直接在 case 里用模式匹配，就能轻松解构对象，提取所需字段。

比如，有一个表示坐标的记录类Point(int x, int y)，以前要获取 x 和 y 的值，得先判断类型，再强制转换，至少得写 4 行代码。现在用记录模式匹配，两行代码就能搞定：

java
if (o instanceof Point(int x, int y)) {
    System.out.println(x + y);
}

直接在instanceof里解构对象，连类型转换都省了，代码清爽得不行。

switch 模式匹配同样强大。以前处理不同类型的对象，可能得写一堆if-else或者多层嵌套的 switch，现在可以直接在 case 里匹配不同的类型，然后执行相应的操作。比如，根据不同的对象类型返回不同的字符串：

java
Object obj = "你好";
Object a = switch (obj) {
    case Integer i -> String.format("int %d", i);
    case String s -> String.format("string %s", s);
    case Double d -> String.format("Double %s", d);
    default -> obj.toString();
};

这样的代码不仅简洁，还能避免类型转换的错误，让代码更加安全可靠。

? 结构化并发：并发任务管理的新范式


结构化并发是 JDK 21 在并发编程领域的又一重大突破。它就像给并发任务套上了一个 “紧箍咒”，让任务的生命周期和作用域变得清晰可控，大大简化了并发代码的编写和调试。

结构化并发的核心是StructuredTaskScope，它能把多个并发任务组织成一个工作单元，确保所有任务都能正确启动和关闭。比如，你要同时执行两个任务，一个是从数据库查询数据，另一个是调用外部接口获取信息，就可以用StructuredTaskScope来管理：

java
try (var scope = new StructuredTaskScope.ShutdownOnFailure()) {
    Future<String> future1 = scope.fork(() -> fetchFromDatabase());
    Future<String> future2 = scope.fork(() -> callExternalAPI());
    scope.join(); // 等待所有任务完成
    System.out.println(future1.resultNow());
    System.out.println(future2.resultNow());
}

这样，两个任务会在同一个作用域内并发执行，当作用域结束时，所有任务都会被正确终止，避免了资源泄漏和竞态条件的问题。

结构化并发还提供了更好的错误处理机制。如果其中一个任务抛出异常，整个作用域内的任务都会被中断，异常会被自动传播，开发者可以更方便地处理错误。这对于需要处理大量并发任务的应用，如微服务架构和任务调度系统，特别有用。

? 向量 API：向量化计算的性能革命


向量 API 是 JDK 21 为了提升数值计算性能而引入的一个重要特性。它允许开发者利用现代 CPU 的 SIMD（单指令多数据）指令集，对数据进行并行处理，从而显著提高计算效率。

比如，要对两个浮点数数组进行加法运算，传统的循环方式可能得逐个元素相加，效率不高。用向量 API 的话，可以直接创建两个向量，然后执行向量化的加法操作：

java
var species = FloatVector.SPECIES_256;
var a = FloatVector.fromArray(species, new float[]{, , , , , , , }, );
var b = FloatVector.fromArray(species, new float[]{, , , , , , , }, );
var c = a.add(b);
float[] result = new float[species.length()];
c.intoArray(result, );
System.out.println(Arrays.toString(result)); // 输出: [9.0, 9.0, 9.0, 9.0, 9.0, 9.0, 9.0, 9.0]

这样的代码不仅简洁，而且底层会自动利用 SIMD 指令进行并行计算，性能比传统循环方式提升了好几倍。

向量 API 在图像处理、科学计算和机器学习等领域特别有用。比如，在图像处理中，对图像的每个像素进行同样的操作，用向量 API 可以轻松实现并行处理，大大缩短处理时间。

? Oracle 官方 Java SE API 中文权威指南：开发必备利器


Oracle 官方的 Java SE API 中文指南是 Java 开发者的必备工具。它详细介绍了 Java SE 平台的各种类、接口、方法及其使用方式，无论是初学者还是资深开发者，都能从中找到所需的信息。

在 JDK 21 中，API 指南也进行了相应的更新，涵盖了新特性的相关内容。比如，虚拟线程的 API 文档详细说明了如何创建和管理虚拟线程，模式匹配的 API 文档则解释了如何在 switch 语句和记录模式中使用模式匹配。

要获取 Oracle 官方的 Java SE API 中文指南，可以访问 Oracle 的官方网站，下载对应的文档。下载后，解压文件，打开api/index.html就能查看。文档内容全面，结构清晰，每个类和方法都有详细的说明和示例，非常适合学习和查阅。

比如，在学习字符串模板（String Templates）这个新特性时，API 指南会告诉你如何使用$符号嵌入表达式，如何进行编译时类型检查和格式化等。通过阅读文档中的示例，你可以快速掌握新特性的使用方法。

? 分代 ZGC：垃圾回收的性能飞跃


分代 ZGC 是 JDK 21 对 Z 垃圾回收器的一次重大升级。它通过维护年轻对象和年老对象的独立代，提高了垃圾回收的效率，减少了应用程序的停顿时间。

以前的 ZGC 虽然能实现低延迟的垃圾回收，但所有对象都在同一个代中，回收效率可能会受到影响。分代 ZGC 将对象分为年轻代和老年代，年轻代中的对象通常生命周期较短，会被更频繁地回收。这样，ZGC 可以更高效地处理年轻代的垃圾，减少对老年代的扫描，从而提升整体性能。

开启分代 ZGC 也很简单，只需要在启动 JVM 时添加相应的参数：

bash
java -XX:+UseZGC -XX:+ZGenerational ...

分代 ZGC 还会自动调整年轻代的大小、GC 线程数等参数，开发者无需手动配置，大大简化了调优的工作量。

对于内存密集型的应用，如大数据处理引擎和实时分析系统，分代 ZGC 的性能提升尤为明显。它能在保证低延迟的同时，提高垃圾回收的吞吐量，让应用程序的性能更加稳定和高效。

? 外部函数和内存 API：安全高效的本地互操作


外部函数和内存 API 是 JDK 21 为了方便 Java 程序与本地代码和内存进行互操作而引入的新特性。它提供了一种安全、高效的方式来调用外部函数和管理本地内存，避免了传统 JNI（Java Native Interface）的脆弱性和危险性。

比如，要调用 C 语言中的qsort函数对字符串数组进行排序，可以使用外部函数和内存 API 来实现：

java
import jdk.incubator.foreign.*;
import java.lang.invoke.MethodHandle;
import java.lang.invoke.MethodHandles;

public class ExternalFunctionExample {
    public static void main(String[] args) {
        String[] strings = {"apple", "banana", "cherry"};
        try (Arena arena = Arena.ofConfined()) {
            MemorySegment pointers = arena.allocateArray(ValueLayout.ADDRESS, strings.length);
            for (int i = ; i < strings.length; i++) {
                MemorySegment cString = CLinker.toCString(strings[i], arena.scope());
                pointers.setAtIndex(ValueLayout.ADDRESS, i, cString.address());
            }
            MethodHandle qsort = CLinker.getInstance().downcallHandle(
                LibraryLookup.C_POSIX.lookup("qsort"),
                CLinker.C_INT,
                CLinker.C_POINTER,
                CLinker.C_LONG,
                CLinker.C_POINTER
            );
            qsort.invoke(pointers.address(), strings.length, ValueLayout.ADDRESS.byteSize(), MethodHandles.constant(CLinker.C_INT, ));
            for (int i = ; i < strings.length; i++) {
                MemorySegment cString = MemorySegment.ofAddress(pointers.getAtIndex(ValueLayout.ADDRESS, i), , arena.scope());
                strings[i] = cString.getUtf8String();
            }
        }
        System.out.println(Arrays.toString(strings)); // 输出: [apple, banana, cherry]
    }
}

这样的代码不仅安全，而且性能比传统的 JNI 方式更好。外部函数和内存 API 会自动管理本地内存的生命周期，避免了内存泄漏和未定义行为的问题。

对于需要与本地库进行交互的 Java 应用，如游戏开发和高性能计算，外部函数和内存 API 是一个非常实用的工具。它让 Java 开发者能够更方便地利用本地代码的优势，同时保持 Java 语言的安全性和可维护性。

? 密钥封装机制 API：安全通信的基石


密钥封装机制（KEM）API 是 JDK 21 为了加强 Java 应用的安全性而引入的新特性。它提供了一种使用公钥加密来保护对称密钥的方法，确保在不安全的网络环境中安全地传输密钥。

密钥封装机制的工作原理是，发送方使用接收方的公钥对一个随机生成的对称密钥进行加密，然后将加密后的密钥（称为密文）发送给接收方。接收方使用自己的私钥解密密文，得到对称密钥，之后双方就可以使用这个对称密钥进行安全通信。

JDK 21 的密钥封装机制 API 提供了一组简单易用的类和接口，开发者可以方便地实现密钥的封装和解封装。例如，生成一个密钥对，然后使用公钥封装对称密钥：

java
import javax.crypto.KeyAgreement;
import javax.crypto.SecretKey;
import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.SecureRandom;

public class KeyEncapsulationExample {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 生成密钥对
        KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("EC");
        keyPairGenerator.initialize();
        KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();

        // 生成对称密钥
        SecretKey secretKey = new SecureRandom().generateSeed();

        // 封装密钥
        KeyAgreement keyAgreement = KeyAgreement.getInstance("ECDH");
        keyAgreement.init(keyPair.getPublic());
        byte[] encapsulatedKey = keyAgreement.generateSecret(secretKey.getEncoded());

        // 解封装密钥
        keyAgreement = KeyAgreement.getInstance("ECDH");
        keyAgreement.init(keyPair.getPrivate());
        byte[] decapsulatedKey = keyAgreement.generateSecret(encapsulatedKey);

        System.out.println(Arrays.equals(secretKey.getEncoded(), decapsulatedKey)); // 输出: true
    }
}

这样的代码确保了对称密钥在传输过程中的安全性，即使密文被截获，没有私钥也无法解密。

密钥封装机制 API 在安全通信、数字签名和身份验证等领域有着广泛的应用。它为 Java 应用提供了一种可靠的密钥管理方式，增强了应用的安全性和可信度。

? 总结


JDK 21 的新特性为 Java 开发者带来了全方位的提升，无论是高并发场景下的虚拟线程和结构化并发，还是代码简洁性的模式匹配和记录模式，都让 Java 编程变得更加高效和轻松。Oracle 官方的 Java SE API 中文指南则为开发者提供了详细的参考资料，帮助大家快速掌握新特性的使用方法。

对于开发者来说，升级到 JDK 21 不仅能享受到性能的提升和功能的增强，还能紧跟 Java 技术的发展趋势，为未来的项目打下坚实的基础。无论是开发高并发的微服务系统，还是进行科学计算和大数据处理，JDK 21 都能提供强大的支持。

所以，还等什么呢？赶紧尝试一下 JDK 21 的新特性，感受 Java 语言的魅力吧！

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